(57)【要約】【課題】  振動や大きな荷重が作用する構造体や比較的重量のある構造体を構成する板材同士においても、簡便且つ低コストな方法によって、板材同士の回転やズレに対する強度等の接合強度を大きく向上させることができ、更に接合による板材の歪み等の変形を少なく抑えることが可能な板材の接合構造を提供すること。【解決手段】  複数枚の板材が打込みリベットにより接合されてなるとともに、該打込みリベットによる接合部の周囲近傍には、表裏いずれか一方の面が陥没し他方の面が膨出する凹凸部が前記複数枚の板材の塑性変形により形成されてなることを特徴とする板材の接合構造とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の板材が打ち込みリベットにより接合されてなるとともに、該打ち込みリベットによる接合部の周囲近傍には、表裏いずれか一方の面が陥没し他方の面が膨出する凹凸部が前記複数枚の板材の塑性変形により形成されてなることを特徴とする板材の接合構造。
【請求項２】
前記凹凸部が、前記板材をパンチによりダイスの表面に形成された凹部に押し込むことにより形成されてなることを特徴とする請求項１記載の板材の接合構造。
【請求項３】
前記凹凸部が複数箇所に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の板材の接合構造。
【請求項４】
複数枚の板材を打ち込みリベットにより接合する接合装置であって、打ち込みリベットの頭部を加圧するステムと、該ステムと対向して設けられ前記リベットの軸端部を拡径させるダイを備えるとともに、前記打ち込みリベットによる接合部の周囲近傍において前記複数枚の板材を塑性変形させて表裏いずれか一方の面が陥没し他方の面が膨出する凹凸部を形成するためのパンチ及びダイスを更に具備してなることを特徴とする接合装置。
【請求項５】
前記打ち込みリベット及びパンチによる前記板材の変形が終了するまでの間に、該板材の一方又は他方の面を前記ダイ及びダイスに密接させて該板材間の隙間をなくすためのワーク押えを具備してなることを特徴とする請求項４記載の接合装置。
【請求項６】
前記打ち込みリベットによる接合と凹凸部の形成とを同時に行わしめることを特徴とする請求項４又は５記載の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打込みリベットによる板材接合における接合強度を大幅に向上させ得る接合構造及び接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、打込みリベットによる板材接合における接合強度を向上させるための技術としては、例えば、リベット中空軸部の先端部の広がりを不均一とする技術が開示されている（特許文献１参照）。
この特許文献１の開示技術によれば、接合部における板材の回転に対する抵抗力を高めることができるという効果が得られる。
【０００３】
また、他の打込みリベットによる板材接合に関する技術として、第１の部材と第２の部材を接合するに際して、溶接による第１の部材と第２の部材の変形を、セルフピアスリベット接合による第１部材と第２部材の変形と相殺させる技術が開示されている（特許文献２参照）。
この特許文献２の開示技術によれば、板材の変形量を抑制できて、高精度に接合された構造体を提供できるという効果が得られる。
【０００４】
しかしながら、上記した従来技術には、以下に述べるような問題点が存在していた。
特許文献１の開示技術によれば、被接合部材の回転に対する抵抗力をある程度高めることはできるが、振動や大きな荷重が作用する構造体や比較的重量のある構造体を構成する板材同士を該リベットを使用して接合した場合、剥がれ強度は充分に得られたとしても、板材同士の回転やズレに対する接合強度や信頼性は十分とはいえなかった。そのため、このような場合には複数本のリベットを使用しなければならず、リベットに要する費用が高くなり、更に接合に要するサイクルタイムも長くなって、結果として接合作業のコストアップを招いていた。
【０００５】
一方、特許文献２の開示技術によれば、溶接接合とセルフピアスリベット接合を併用することで接合強度を高めることはできるが、２種類の接合を行う必要があるため、接合に要するサイクルタイムが長くなると同時に接合に要する費用が高くついていた。更に、被接合部材にメッキや塗装等の表面処理が施されている場合には、溶接後に該溶接箇所を補修する作業を必要としていた。また、被接合部材が樹脂と金属等の組み合わせからなる場合には、溶接接合が困難であるなど、被接合部材に対して制約があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３０４２１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１２６８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、振動や大きな荷重が作用する構造体や比較的重量のある構造体を構成する板材同士においても、簡便且つ低コストな方法によって、板材同士の回転やズレに対する強度等の接合強度を大きく向上させることができ、更に接合による板材の歪み等の変形を少なく抑えることが可能な板材の接合構造及び接合装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、複数枚の板材が打込みリベットにより接合されてなるとともに、該打込みリベットによる接合部の周囲近傍には、表裏いずれか一方の面が陥没し他方の面が膨出する凹凸部が前記複数枚の板材の塑性変形により形成されてなることを特徴とする板材の接合構造に関する。
請求項２に係る発明は、前記凹凸部が、前記板材をパンチによりダイスの表面に形成された凹部に押し込むことにより形成されてなることを特徴とする請求項１記載の板材の接合構造に関する。
請求項３に係る発明は、前記凹凸部が複数箇所に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の板材の接合構造に関する。
【０００９】
請求項４に係る発明は、複数枚の板材を打込みリベットにより接合する接合装置であって、打込みリベットの頭部を加圧するステムと、該ステムと対向して設けられ前記リベットの軸端部を拡径させるダイを備えるとともに、前記打込みリベットによる接合部の周囲近傍において前記複数枚の板材を塑性変形させて表裏いずれか一方の面が陥没し他方の面が膨出する凹凸部を形成するためのパンチ及びダイスを更に具備してなることを特徴とする接合装置に関する。
請求項５に係る発明は、前記打ち込みリベット及びパンチによる前記板材の変形が終了するまでの間に、該板材の一方又は他方の面を前記ダイ及びダイスに密接させて該板材間の隙間をなくすためのワーク押えを具備してなることを特徴とする請求項４記載の接合装置に関する。
請求項６に係る発明は、前記打込みリベットによる接合と凹凸部の形成とを同時に行わしめることを特徴とする請求項４又は５記載の接合装置に関する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、振動や大きな荷重が作用する構造体や比較的重量のある構造体を構成する板材同士においても、板材同士の回転やズレに対する強度等の接合強度が高い板材の接合構造となる。しかも、アルミニウム材と鉄材、樹脂材と鉄材、アルミニウム材と樹脂材等の溶接が困難な或いは不可能な板材同士の組み合わせでも接合が可能であり、高い接合強度が得られる。
請求項２に係る発明によれば、パンチとダイを用いる方法によって、板材同士の回転やズレに対する強度等の接合強度が大きい板材の接合構造を簡便且つ低コストに得ることができる。
請求項３に係る発明によれば、複数箇所に形成された凹凸部によって、板材同士の回転やズレに対する強度等の接合強度がより一層向上した板材の接合構造となる。
【００１１】
請求項４に係る発明によれば、振動や大きな荷重が作用する構造体や比較的重量のある構造体を構成する板材同士においても、板材同士の回転やズレに対する強度等の接合強度が高い板材の接合構造を得ることができる。しかも、板材の材質の制約を受けることがなく、高い接合強度を有する板材の接合構造が得られる。
請求項５に係る発明によれば、接合による板材の歪み等の変形を少なく抑えることが可能となる。
請求項６に係る発明によれば、打込みリベットの打込みと凹凸部の形成を同時に行わせることで、余分な接合時間を必要とせず、サイクルタイムを増加させることなく、効率良く高い接合強度を有する板材の接合構造を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る板材の接合構造及び接合装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る板材の接合構造を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図示例の接合構造は、２枚の板材（２）（３）が打込みリベット（１）により接合されるとともに、該打込みリベット（１）による接合部の周囲近傍に、表面が陥没し裏面が膨出する凹凸部（４）が形成されてなるものである。尚、本明細書においては、打込みリベット（１）が打込まれる側、即ち打込みリベットの頭部が位置する側を表面と称し、反対側、即ち打込みリベットの軸部が位置する側を裏面と称する。
尚、図示例では、接合される板材の枚数を２枚とした例を示しているが、本発明は３枚以上の板材を接合する場合にも適用することが可能である。
【００１３】
打込みリベット（１）は、皿状の頭部と中空円筒状の軸部とからなる公知の構造のものであり、その軸部先端は最下層の板材（３）を貫通することなく、該最下層の板材（３）内において拡径されている。
また、頭部から軸部への移行部にはアールが形成されており、打ち込まれて締結された状態にて、図示の如く、頭部表面が最上層の板材（２）の表面と略面一となっている。
【００１４】
凹凸部（４）は、平面視及び裏面視において円形であって、２枚の板材（２）（３）が一体的に塑性変形を受けることにより形成されている。具体的には、板材（２）（３）をパンチによりダイスの表面に形成された凹部に押し込むことにより形成される。
尚、本発明において凹凸部（４）の数は特に限定されず、少なくとも打込みリベット（１）による接合部の周囲近傍の１箇所に設ければよいが、高い接合強度を得るためには、複数箇所に設けることが好ましい。また、複数箇所に設ける場合には、図示例の如く、打込みリベット（１）を中心とした点対称の位置に設けると、安定した接合強度が得られるためより好ましい。
【００１５】
図２は本発明に係る板材の接合構造の別の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
この例の接合構造は、２枚の板材（２）（３）が打込みリベット（１）により接合されるとともに、該打込みリベット（１）による接合部の周囲近傍に、裏面が陥没し表面が膨出する凹凸部（４）が形成されている。
この接合構造は、凹部と凸部が図１に示す構造とは逆になっており、この点で図１に示す接合構造とは異なっているが、その他の点については図１にて説明したのと同様の構造を有している。
このように、打込みリベット（１）の打込み方向と、凹凸部（４）の変形方向（陥没方向）とを逆にすることによって、接合時における板材（２）（３）の歪みの発生を防ぐことが可能となるという効果が得られる。
【００１６】
図３は本発明に係る接合構造が適用されたワークの一例を示す外観斜視図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は部分拡大図である。
図示例のワークは、４本のチャンネル鋼材を四角形状に組み合わせて、その端部同士を本発明に係る接合構造（図１に示す構造）によって接合したものであり、１つの角部が上下２箇所において接合されている。
図示例のワークの角部では、上部の接合箇所においては、打込みリベット（１）が上から下へと打ち込まれ、該打込みリベット（１）による接合箇所の周囲近傍２箇所において、上面が陥没し下面が膨出する凹凸部（４）が形成されている。また、下部の接合箇所においては、打込みリベット（１）が下から上へと打ち込まれ、該打込みリベット（１）による接合箇所の周囲近傍２箇所において、下面が陥没し上面が膨出する凹凸部（４）が形成されている。
【００１７】
図３に示すような構造のワークでは、打込みリベット（１）による接合のみでは、組み合わされた各チャンネル鋼材が相互に回転し易く、角部を直角とする四角形が得られ難いが、図示例の如く本発明に係る接合構造を利用することによって、部材同士の回転が阻止されるので、角部を直角として強固に接合された四角形のワークを確実に得ることが可能となる。
【００１８】
図４は図１に示した接合構造を得るために用いられる本発明に係る接合装置を示す図である。
本発明に係る接合装置は、複数枚の板材を打込みリベットにより接合する接合装置であって、打込みリベットの頭部を加圧するステム（５）と、該ステム（５）と対向して設けられ前記リベットの軸端部を拡径させるダイ（６）と、ステム（５）の先端位置まで打込みリベットを供給するためのリベット供給装置（１３）を備えており、この点は従来公知のリベット接合装置と同様である。
【００１９】
本発明に係る接合装置は、上記各構成に加えて、打込みリベットによる接合部の周囲近傍において、複数枚の板材を塑性変形させて表面が陥没し裏面が膨出する凹凸部を形成するためのパンチ（７）及びダイス（８）を更に具備していることを特徴とするものであり、図５は本発明に係る接合装置のステム及びパンチ近傍の拡大図、図５は本発明に係る接合装置のダイ及びダイス近傍の拡大図である。
【００２０】
パンチ（７）は、ステム（５）の周囲に設けられた円筒状のワーク押え（９）の先端（下端）に取り付けられている。ワーク押え（９）の先端は平面状であって、その中心孔からステム（５）の先端に保持されたリベットが出没する。
また、パンチ（７）はワーク押え（９）の中心孔の周囲近傍位置においてワーク押え先端の平面から突出しており、該突出部の先端は面取り加工が施されて、先端に向けて漸次縮径する円錐台形状を有している。このような面取り加工が施されていることによって、接合される板材が完全にせん断されるのが防がれるとともに、凹凸部の形成後に板材とパンチが分離し易くなる。
尚、図示例では、パンチ（７）は、ワーク押え（９）の中心孔を挟んで対向する位置２箇所に設けられているが、ワーク押え（９）の中心孔に対して点対称な位置に３箇所以上設けても良い。
【００２１】
ワーク押え（９）は、上面が開放されるとともに、大径部（９１）と小径部（９２）とからなる二段階の外径を有しており、大径部（９１）が上部に、小径部（９２）が下部にそれぞれ位置するように配置されている。そして、大径部（９１）の内径は大きく、小径部（９２）の内径は小さく形成されており、小径部（９２）の内径はステム（５）の外径と略等しい径とされ、大径部（９１）の内径はステム（５）の外径の３〜４倍程度の大きさとされている。
【００２２】
ステム（５）の上方部はステムホルダ（１０）によってその外周面を固定保持されており、ワーク押え（９）は該ステムホルダ（１０）の下方に一体に設けられた保持部材（１１）により保持されている。
保持部材（１１）は円筒状の部材であって、その内部にワーク押え（９）を収容するとともに、その下端部に内方に延出形成された内延部（１１ａ）によって、ワーク押え（９）の大径部（９１）と小径部（９２）へと移行する段部下面を保持している。
【００２３】
保持部材（１１）の上端部から内延部（１１ａ）上面までの長さは、ワーク押え（９）の大径部（９１）の長さよりも長く形成されている。そして、ワーク押え（９）の大径部（９１）内にはスプリング（１２）が配設され、このスプリング（１２）内をステム（５）が上下方向に貫通している。
スプリング（１２）は、その上端部がステムホルダ（１０）の下面に当接し、下端部がワーク押え（９）の内径が大径部から小径部へと移行する段部上面に当接し、これによってワーク押え（９）を常時下方（ステム先端方向）へと付勢している。
ワーク押え（９）はスプリング（１２）によって下方へと付勢されているが、保持部材（１１）の内延部（１１ａ）によって段部下面が保持されているので、一定距離以上下降することはない。また、スプリング（１２）の付勢力に抗する力が加わったときには、スプリング（１２）の縮みに伴ってワーク押え（９）は上昇するが、その上端部がステムホルダ（１０）の下面に当接した時点で上昇は停止するようになっている。
【００２４】
ダイス（８）は、リベットの軸端部を拡径させるべくステム（５）と対向して設けられたダイ（６）と一体に設けられている。
即ち、図５に示す如く、リベットの軸端部を拡径させるためのダイ（６）の凹部と、複数枚の板材を塑性変形させて表面が陥没し裏面が膨出する凹凸部を形成するためのダイス（８）の凹部が、１つのブロックに共に設けられている。但し、別体に形成してから接合させてもよい。
ダイス（８）の凹部は、パンチ（７）と上下に対向する位置であって且つダイ（６）の凹部を挟んで左右に対向する位置に２箇所設けられている。尚、ダイス（８）の凹部の位置及び数は、パンチ（７）の位置及び数と一致するように設定すればよく、特に図示例に限定されるものではない。
また、ダイス（８）の凹部の入口には面取り加工が施されており、これによって、接合される板材が完全にせん断されるのが防がれるとともに、凹凸部の形成後において板材とパンチが分離し易くなる。
【００２５】
以下、本発明に係る接合装置による接合方法について、図面を参照しつつ説明する。
先ず、リベット供給装置（１３）から打込みリベット（１）をエアーにより圧送するとともに、ステム（５）の先端に吸引力を発生させて打込みリベット（１）をステム先端に吸着させる（図５参照）。
次いで、板材（２）（３）をダイ（６）及びダイス（８）上に設置した状態にて、ステムホルダ（１０）を前進（下降）させることによって、ステム（５）及びワーク押え（９）（パンチ（７）を含む）を板材（２）（３）に向けて前進させる。この前進駆動は、公知のリベット接合装置に用いられているような駆動機構、例えばサーボモータの回転力をネジで変換させることにより行われる。
ステム（５）及びワーク押え（９）（パンチ（７）を含む）が前進すると、先ずパンチ（７）と板材（２）が当接する（図７参照）が、パンチ（７）には、スプリング（１２）の付勢力しか作用しないので、この段階では板材に凹凸部は形成されない。
【００２６】
次いで、ステムホルダ（１０）と共にステム（５）を更に前進させると、この前進駆動力によってスプリング（１２）が縮んで、ステム（５）の先端に保持された打込みリベット（１）の先端が板材（２）の表面に当接し、板材を穿孔し始める（図８参照）。この段階でも、パンチ（７）にはスプリング（１２）の付勢力しか作用しないので、板材に凹凸部は形成されない。
そして、更にステムホルダ（１０）と共にステム（５）を更に前進させると、スプリング（１２）は更に縮み、打込みリベット（１）が板材を所定深さ（例えば２〜３ｍｍ）穿孔した時点で、ステムホルダ（１０）の下面がワーク押え（９）の上面に当接する（図９参照）。
【００２７】
ステムホルダ（１０）の下面がワーク押え（９）の上面に当接すると、ステムホルダ（１０）及びステム（５）の前進駆動力が直接ワーク押え（９）へと伝わるようになる。この状態で、更にステムホルダ（１０）及びステム（５）を前進させることによって、打込みリベット（１）がダイ（６）との間でかしめられると同時にパンチ（７）とダイス（８）との間で板材（２）（３）は塑性変形され、打込みリベット（１）による板材の接合と、該打込みリベットの接合箇所近傍において表面が陥没し裏面が膨出する凹凸部（４）の形成が同時に完了する（図１０参照）。
このように、打込みリベットの打込みと凹凸部の形成が同時に行われることで、余分な接合時間を必要とせず、サイクルタイムを短くすることができる。
そして、この打込みリベット（１）及びパンチ（７）による板材（２）（３）の変形が終了する際においては、ワーク押え（９）が板材（２）の表面を押圧した状態となっているため、板材（３）の裏面がダイ（６）及びダイス（８）に密接されて、板材（２）（３）間に隙間が生じることが防がれると同時に板材（２）（３）の歪みも防がれる。
【００２８】
上記した接合装置において、パンチ（７）とダイス（８）の位置を入れ替えると、図２に示す接合構造を得ることができる。すなわち、ダイス（８）をワーク押え（９）と一体に設け、パンチ（７）をダイ（６）と一体に設けると、打込みリベット（１）の打込み方向と、凹凸部（４）の変形方向（陥没方向）とが逆になった接合構造を得ることが可能となり、この場合には、接合時における板材（２）（３）の歪みの発生をより確実に防ぐことが可能となる。
【実施例】
【００２９】
板材として、材質：ＳＰＣＣ、厚さ：１．６ｍｍの板材（２）と、材質：ＳＰＣＣ、厚さ：１．６ｍｍの板材（３）を用い、打込みリベット（１）として、材質：炭素鋼、軸径：φ５ｍｍ、全長：６．２ｍｍの皿頭のものを使用した。
また、パンチ（７）として、軸径φ４．５ｍｍ、突出長さ：３．５ｍｍのものを用い、ダイス（８）として、凹部径（孔径）：φ５ｍｍ、深さ：４．７ｍｍのものを用いた。
上記２枚の板材（２）（３）を、上記寸法を有する図４乃至図６に示す構成からなる接合装置を用いて、上記説明した図７乃至図１０に示した方法にて接合したところ、打込みリベット（１）が板材を２．７ｍｍ穿孔した時点でステムホルダ（１０）がワーク押え（９）に当接し、最終的に図１に示す接合構造を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、複数枚の板材を打込みリベットにて接合する自動車、機械、建築等の幅広い産業分野にて利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る板材の接合構造を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明に係る板材の接合構造の別の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係る接合構造が適用されたワークの一例を示す外観斜視図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は部分拡大図である。
【図４】本発明に係る接合装置を示す図である。
【図５】本発明に係る接合装置のステム及びパンチ近傍の拡大図である。
【図６】本発明に係る接合装置のダイ及びダイス近傍の拡大図である。
【図７】本発明に係る接合装置を用いた接合方法の一工程を説明する図である。
【図８】本発明に係る接合装置を用いた接合方法の一工程を説明する図である。
【図９】本発明に係る接合装置を用いた接合方法の一工程を説明する図である。
【図１０】本発明に係る接合装置を用いた接合方法の一工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      打込みリベット
２      板材（上側）
３      板材（下側）
４      凹凸部
５      ステム
６      ダイ
７      パンチ
８      ダイス
９      ワーク押え
【図１】
2005088077.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005088077.tif 000009
【図８】
2005088077.tif 000010
【図９】
2005088077.tif 000011
【図１０】
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